放大与整形模块的安装与调试

1、放大与整形模块的安装与调试放大与整形模块的安装与调试情境任务目录情境任务目录任务一任务一任务一目录任务一目录任务实施过程任务实施过程任务基础知识任务基础知识学习要点：学习要点：数模和模数转换的基本原理数模和模数转换的基本原理数模和模数转换器的技术指标及应用数模和模数转换器的技术指标及应用任务基础知识任务基础知识任务基础知识一任务基础知识一数数/ /模转换器（模转换器（DACDAC） 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称模转

2、换器，简称D/A转换器或转换器或DAC。ADC和和DAC是沟通模拟是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。一、数一、数/模转换器的基本概念模转换器的基本概念多路开关数字控制计算机DACADC功率放大功率放大执行机构执行机构加热炉加热炉温度传感器温度传感器信号放大信号放大多路开关二、二、D/A转换器的基本原理和转换特性转换器的基本原理和转换特性 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。uo或io输出D/Ad0d1dn1输

3、入)2222(00112211oddddKunnnnu1.基本原理基本原理 D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。 图示是输入为3位二进制数时的D/A转换器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。即：输出模拟电压 uo=KuD或输出模拟电流io=KiD。 其中Ku或Ki为电压或电流转换比例系数，D为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为n位二进制数dn-1dn-2d1d0，则输出模拟电压为：)2222(00112211oddddKunnnnu2.转换特性转换特性01234567001010011100101110111D/A转

4、换器DDD01n-1.vo输入输出vo/VD000 （1）分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。 分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为： （2）转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。 （3）输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时间。001. 01023112110三、三、D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标

5、R2R4R8RRFI1I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+RVIRVIRVIRVIREFREFREFREF3210 2 4 8 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变的。四、权电阻网络四、权电阻网络D/A转换器转换器R2R4R8RRFI1I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+)2222(2248001122333321033221100ddddRVdRVdRVdRVdRVdIdIdIdIiREFREFREFREFREF)2222(22001122334

6、oddddViRiRuREFFF设RF=R/2RRR2R2R2R2R2RRFI1I1I2I3I0I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+BCDA分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R。不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。从 参 考 电 压 端 输 入 的 电 流 为 ：RVIREFREF五、倒五、倒T型形电阻网络型形电阻网络D/A转换器转换器RVIIRVIIRVIIRVIIREFREFREFREFREFREFREFREF16161 881441 2210123RRR2R

7、2R2R2R2RRFI1I1I2I3I0I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+BCDARVIREFREF)2222(2)214181161(001122334321033221100ddddRVRVdddddIdIdIdIiREFREF)2222(2001122334oddddRRViRiRuFREFFFFRRR2R2R2R2R2RRFI1I1I2I3I0I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+BCDA观看观看T T型电阻网型电阻网络络DACDAC原理动画原理动画六、集成六、集成D/A转换器及其应用转换器及其应用八位八位CM

8、OSCMOS并行并行D/AD/A转换器转换器 CDA7524CDA7524 CDA7524 CDA7524的结构原理图的结构原理图 1.CDA7524 1.CDA7524的单极性输出应用的单极性输出应用2.CDA75242.CDA7524的双极性输出应用的双极性输出应用本节小结本节小结D/AD/A转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。相对应的模拟信号输出。 D/AD/A转换器根据工作原理，基本上可分为权电阻网络转换器根据工作原理，基本上可分为权电阻网络D/AD/A转换器和转换器和T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器两大

9、类。由于转换器两大类。由于T T型电阻型电阻网络网络D/AD/A转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成成工艺，集成D/AD/A转换器普遍采用这种电路结构。转换器普遍采用这种电路结构。如果输入的是如果输入的是n n位二进制数，则位二进制数，则D/AD/A转换器的输出电压为：转换器的输出电压为：)2222(200112211oddddVunnnnnREF任务基础知识一任务基础知识一模数转换器（模数转换器（ADCADC）dn-1d1d0数字量输出(n位)ADC的数字化编码电路 CPS SCADC采样-保持电路采样展宽信号输入模拟电压ui(t)

10、us(t) 模拟电子开关模拟电子开关S在采样脉冲在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开的的控制下重复接通、断开的过程。过程。 S接通时，接通时，ui(t)对对C充电，为采样过程；充电，为采样过程；S断开时，断开时，C上的电上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。位的二进制数输出。一、一、ADC的基本概念的基本概念+uiuoCHSA1A2uCuo, uiuoui0(a) 电 路 图(b) 波 形 图 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t

11、9 t1 0 t1 1t采 样 脉 冲 （ fS）开 关 驱动 电 路 t0时刻时刻S闭合，闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个放大器的增益都为放大器的增益都为1，因此这一阶段，因此这一阶段uo跟随跟随ui变化，即变化，即uoui 。 t1时刻采样阶段结束，时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若断开，电路处于保持阶段。若A2的输的输入阻抗为无穷大，入阻抗为无穷大，S为理想开关，则为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持没有放电回路，两端保持充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压u

12、o维持不维持不变。变。采 样 定 理 ：max2isff二、采样二、采样-保持电路保持电路 （1）分辨率）分辨率 A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。越多，误差越小，转换精度越高。 例如，输入模拟电压的变化范围为例如，输入模拟电压的变化范围为05V，输出，输出8位二进位二进制数可以分辨的最小模拟电压为制数可以分辨的最小模拟电压为5V2820mV；而输出；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2121.22mV。 （2）相对精度）相对精度 在理想情况下，所有的转换点

13、应当在一条直线上。相对在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。 （3）转换速度）转换速度 转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。信号所经过的这段时间。三、三、A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标输出数字量输入模拟电压uoui顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器D/A转换器电压比较器 转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换

14、以后，时钟脉冲首转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成先将寄存器最高位置成1，使输出数字为，使输出数字为1000。这个数码被。这个数码被D/A转转换器转换成相应的模拟电压换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与，送到比较器中与ui进行比较。若进行比较。若uiuo，说明数字过大了，故将最高位的，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若清除；若uiuo，说明数字还，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位

15、比较下去，是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。字量输出。四、逐次逼近型四、逐次逼近型A/D转换器转换器观看观看ADCADC原理动画讲解原理动画讲解Q1 Q2 Q3 Q4 Q5ui1D C11D C11D C11D C11D C1&11FF1 FF2 FF3 FF4 FF5&uoCP +Cucd2(22)d1(21)d0(20)FFA Q FFB Q FFCG1 G2 G3G4 G5QG6G7G8=1(ui0)uodn-1 dn-2 d0+TCCO=：对输入模

16、拟电压和基准电压进行两次积分，先对输入模拟电压进行积分，将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔T1，再利用计数器测出此时间间隔，则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压；接着对基准电压进行同样的处理。五、双积分型五、双积分型A/D转换器转换器逻辑控制门定时器n 位二进制计数器&输入模拟电压基准电压积分器比较器时钟输入控制门 Gn 位二进制数字输出uiVREFS1S2RCCPCO=1(uo0)=0(uo0)uodn-1 dn-2 d0+TCCO=iREFnUVN22计 数 器 中 所 计 的 二 进 制 数 值六、集成六、集成A/D转换器及应用转换器及应用集成转换器集成转换器CAD5

17、71CAD571原理框图原理框图 A/DA/D转换器的功能是将输入的模拟信号转换成一组多位的转换器的功能是将输入的模拟信号转换成一组多位的二进制数字输出。不同的二进制数字输出。不同的A/DA/D转换方式具有各自的特点。转换方式具有各自的特点。 双积分型双积分型A/DA/D转换器的性能比较稳定，转换精度高，具有转换器的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低，很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低，在对转换精度要求较高，而对转换速度要求较低的场合，如在对转换精度要求较高，而对转换速度要求较低的场合，如数字万用表等检测仪器中，得到了广泛的应用

18、数字万用表等检测仪器中，得到了广泛的应用逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器转换器的分辨率较高、误差较低、转换速度较快，因此得到的分辨率较高、误差较低、转换速度较快，因此得到普遍应用。普遍应用。本节小结任务框图任务框图LT 任务实施任务实施一、放大模块一、放大模块 TLV2464是具有高输出驱动能力，且具有轨到轨性能输出是具有高输出驱动能力，且具有轨到轨性能输出的低电源带关断功能的四运算放大器。这种轨到轨的动态范围的低电源带关断功能的四运算放大器。这种轨到轨的动态范围和高输出驱动连接使得和高输出驱动连接使得TLV2464常常作为模数转换器的缓冲。常常作为模数转换器的缓冲。需要注意需要注意TLV2464要求低电源，正负电源电压差不能超过要求低电源，正负电源电压差不能超过6V。其引脚如图其引脚如图1所示。所示。LT 1.1.器件器件LT 图图1 放大模块比较简单，但参数要求较高，需达到放大模块比较简单，但参数要求较高，需达到60dB，同时保，同时保证证500kHz的带宽。的带宽。 可使用给定的可